Abstract β 1 is a key strengthening precipitate phase in Mg-Nd-based alloys, because it is know to improve high-temperature creep resistance. Here, using density functional theory-based first principles calculations, we have examined the structure and local environment of β 1 ( a β 1 ~ 7.4 A ) nucleus that forms within hcp-Mg lattice ( a M g ~ 3.2 A and c Mg ~ 5.2 A ). For this purpose, we developed a crystallographically-informed embedded precipitate supercell approach, which allowed us to systematically examine several possible precipitate/matrix configurations, and determine energetically favorable structures. We learn that β 1 will initially form within hcp-Mg as smaller structural templates rather than the larger equilibrium structure. In essence, these templates are the “genetic imprint” of the equilibrium structure that contains only a portion of larger β 1 crystal structure, while retaining the stoichiometry and nominal symmetry of β 1 . Such template-nucleus was stabilized by pockets of stiff covalent-bonded environment in hcp-Mg. Phonon density of states and dispersion wave spectra further corroborated such covalent character, and revealed that the predicted template-nucleus structure and its surroundings were stable at temperatures greater than 0 K. Broadly, our DFT results provide crucial insights into intermetallic phase nucleation, whose lattice parameters differ significantly from the host lattice.

中文翻译：

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二元Mg-Nd金属间化合物β1析出相核的局域结构和结合环境

摘要 β 1 是Mg-Nd 基合金中关键的强化析出相，因为它可以提高抗高温蠕变性。在这里，使用基于密度泛函理论的第一性原理计算，我们研究了在 hcp-Mg 晶格（a Mg ~ 3.2 A 和 c Mg ~）内形成的 β 1 （a β 1 ~ 7.4 A）核的结构和局部环境5.2 A)。为此，我们开发了一种基于晶体学的嵌入式沉淀超胞方法，它使我们能够系统地检查几种可能的沉淀/基质配置，并确定能量有利的结构。我们了解到 β 1 最初将在 hcp-Mg 中作为较小的结构模板而不是较大的平衡结构形成。在本质上，这些模板是平衡结构的“遗传印记”，仅包含一部分较大的 β 1 晶体结构，同时保留了 β 1 的化学计量和标称对称性。这种模板核被 hcp-Mg 中的刚性共价键环境袋稳定。声子态密度和色散波谱进一步证实了这种共价特性，并揭示了预测的模板 - 核结构及其周围环境在大于 0 K 的温度下是稳定的。 总的来说，我们的 DFT 结果提供了对金属间相成核的重要见解，其晶格参数与主晶格显着不同。这种模板核被 hcp-Mg 中的刚性共价键环境袋稳定。声子态密度和色散波谱进一步证实了这种共价特性，并揭示了预测的模板 - 核结构及其周围环境在大于 0 K 的温度下是稳定的。 总的来说，我们的 DFT 结果提供了对金属间相成核的重要见解，其晶格参数与主晶格显着不同。这种模板核被 hcp-Mg 中的刚性共价键环境袋稳定。声子态密度和色散波谱进一步证实了这种共价特性，并揭示了预测的模板 - 核结构及其周围环境在高于 0 K 的温度下是稳定的。 总的来说，我们的 DFT 结果提供了对金属间相成核的重要见解，其晶格参数与主晶格显着不同。